テニスボールに働く力（その１）（テニスの物理８）

• ボールの速度
• 空気の密度
• 抗力係数

によって変わってくるからです。ボールの速度が速くなれば、空気抵抗も大きくなります。さらに、ボールの速度は３番目の抗力係数にも影響を及ぼします。

空気の密度は一定じゃないの？と思うかもしれませんが、気圧と気温によって変わってきます。

夏は気温が高いので空気の密度が低くなり、空気抵抗が小さくなります。従ってボールがよく飛びます。
冬は逆に、空気の密度が高くなり、空気抵抗が大きくなることによってボールが飛びません。

しかし、この現象は「温度によってボールの内圧が変わる」ことと混同されていることが多いと思います。

温度が高くなると気体の体積は膨張しますから、夏はボールの内圧が高くなります。
逆に冬はボールの内圧が低くなります。

寒い冬、冷え切った倉庫からボールを出した直後にボールがほとんど弾まない経験をしたことがないでしょうか？
上記の「気温による空気抵抗の違い」はこれとは違う話です。

気温の話は、「同じスピードでボールが飛びだした場合は、気温が高い方がボールが飛びやすい」ということで
ボールの内圧の話は、「同じ力で打った場合は、気温が高い方がボールスピードが出る」ということです。

ああ、なんかややこしくなってきましたね・・・すいません。

ともかく、気象条件が変わるとボールの飛びが影響を受けるということです。軽井沢など、高地でテニスをするとボールがすっ飛んで行くのも、空気の密度とボールの内圧が関係しています。

高地→空気の密度低い→空気抵抗小さい→ボール飛ぶ
高地→気圧低い→でもボールの内圧は低地と同じ→ボールがパンパン→ボール飛ぶ

というダブルパンチです。

ボールの内圧の方が影響が大きい印象がありますが、確かなデータは持っていません。すいません。

３番目の抗力係数というのは、これも詳しく話すといろいろファクターがあるのですが、簡単にいえば

ボールの種類によって決まる係数

です。まだ分りませんよね・・・。

つまり、ゴルフボールにはゴルフボールの、テニスボールにはテニスボールの抗力係数があるということです。

ゴルフボールにはディンプルというへこみがついていて、これが空気抵抗を減らす役割を果たします。
テニスボールには逆に、メルトン素材の細かい「毛」がついていますから、これが空気抵抗を増やす役割を果たします。

つまり、同じ大きさ、同じ重さのテニスボールとゴルフボールがあったとしたら、ゴルフボールはすっ飛んで行くが、テニスボールはすぐ減速するというイメージになります。

テニスボールの抗力係数は実はボールのスピードによっても変わってくるのですが、文献調査したところによると時速60km以上であれば大体0.6くらいと考えてよさそうです。

ただし、テニスボールの銘柄によって結構ばらつきがあるみたいで、中には0.8を超えるものもあるようです。
例えばフォートとXT8では抗力係数が違ってくる可能性があるということです。（注：実際の値は知りません）

余談ですが、この種の実験は実験の条件によって結果が結構変わってくるので、ちゃんとした学術論文だとしても、異なる文献の値は注意して比べた方がいいです。同じ文献中のデータ同士は比べて良いと思いますが。

簡単に説明するつもりが鬼のように長くなってしまいました・・・。お願いですから逃げないでくださいｗ

ボールの回転に伴う力については次回説明します。